颗粒复合体系中的非介电响应研究
颗粒复合体系中的非介电响应研究[20191223160009]
摘要
本文从由Laplace方程出发，用等效的方法求解了带壳球形颗粒浸在基质中而形成的由三组分构成的颗粒复合材料的介电响应情况，分析了当颗粒外壳分别为具有各向异性和各向同性的介电常数时，复合材料的折射率以及消光系数与结构参数的关系。通过计算可得，各向异性参数发生改变，系统的介电性能也会改变，折射率与消光系数也会发生改变。相比于两种颗粒复合体系，当系统具有各向异性的结构时，其光学双稳特性明显，体系的折射率与消光系数也有所提高。根据分析，随着各向异性参数 比值减小，折射率与消光系数变化减小，当 ，折射率与消光系数消失。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:介电响应各向异性颗粒复合体系
目 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
第2章 复合材料简介 4
2.1复合材料基本概念 4
2.2复合材料研究状况 5
2.3复合材料的应用前景 5
第3章 复合材料非线性介电响应 6
3.1关于复合材料介电响应 6
3.2光学双稳特性介绍 6
3.3非线性介电常数 8
3.4折射率与消光系数 8
第4章 球形各向异性颗粒复合材料中介电响应性质的研究 10
4.1理论模型 10
4.1.1均匀介质球颗粒复合体系 10
4.1.2单壳层球形颗粒复合体系 11
4.2数值结果与讨论 12
4.3结论 23
第5章 总结与展望 25
参考文献 26
致谢 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景
本文主题来源于理论研究，目的是通过研究各向异性带壳颗粒复合体系在特定环境下的光学双稳效应，以及体系折射率和消光系数的变化的理论研究，通过演算和现象来发现其使用价值，以此来探索非线性复合材料在现代工业和现实生活中的应用与创新。
这些年以来，这些年来，由于非线性复合系统在光学信息处理和光学信息存储设备的应用潜力，因此一些材料已经吸引了相当多的研究兴趣，尤其是在材料中呈现的光学双稳效应，国内外的很多科研人员在实验和理论上都进行了很多的研究与发现，并且从中获得了一定的成果[1]。
1969年的时候，国内外的物理学家们就通过理论来预言光学双稳效应，之后，光学双稳态理论成为激光技术理论的新发展，直到1975年，才通过实验发现这个现象，光学双稳效应的发现要比发明激光的时候晚15年。就目前而言，人们对光学双稳态理论的研究已较为完善[2]。
由于光学双稳态具有非常广阔的发展前景,特别是在光开关器件，光信息存储和其他高技术方面，所以光学双稳效应、一些复合体系有关材料和光学双稳器件的研发与发现也越来越多的受到关心，对此，国内外都把重点放在如何寻找合适的双稳材料并且能够使双稳性质可以调节。现阶段，利用到光学双稳特性的一些器件可以分为不同的类型，一种是本征型，一种是混合型，再或者是其他类型，在半导体方面的具有本征特性的光学双稳器件尤其受到国内外的关注与重视。为了能够将它们在现代光信息处理、光通讯和光学计算机中应用起来，因此国内外正在研究这些器件，他们研究器件的开关功能、记忆能力、限幅功能、放大能力、振荡效果和各种各样的光学逻辑功能，并且正在通过最大的努力来探索这类器件，想以此来找到高速、低耗、小尺寸和室温运转器件[3]。
近年来，光子学(这里指光波技术)的发展迅速，许多光计算机用到的光(电)器件也已慢慢相继出现，有的甚至达到了高水平。根据报道，欧洲已成功研制世界上第一台光计算机，虽然它还是一个雏形，然而人们可以从它的身上看到光计算机的前途与光明未来。
目前，光学双稳性的基本理论已经成熟，现阶段的主要研究内容是材料的非线性光学性质，目的是为了寻找低功耗、快响应的材料，以此来获得高质量的光学双稳器件。同时，我们可以看到，我国与国际的水平还是有一定差距的，我国在非线性复合材料和光学材料的发展研究上还应紧跟世界的脚步，我们应该集中力量团结合作，开创我国的复合材料新篇章[4]。
1.2课题研究意义
现阶段，最新型的材料研究与开发是非常重要的。如果能够通过某种方式实际生产并且在现实中应用起来，那么这将产生非常大的突破，因此，这种材料的研究需要投入大量的精力。由于新型复合材料慢慢的拔地而起，在此应用领域会起到很重要的作用，并且占据重要地位，经过这样的努力发现，我们会体会到很多成就感，这些成就感来源与科技进步在各行各业中的发展，能够产生巨大的革命作用。这种变化也会使得材料行业的快速的发展，并且也会更加吸引各国科学家们转入到这样一个行业中来，会使他们投入更多的精力。同时，在我们望眼将来，我们都相信，这些复合材料技术在新兴科技领域中处于逐渐成熟起来的同时，一定继续发展下去，而且是快速的发展，还能够在此期间不断的创新和开发。经过我们调查各国大市场，我们发现，新材料行业正在不断地朝着成熟的方向发展，他们不断的比拼资深的科研能力，穷追不舍，并且在追求中找寻创新的源头，希望能够更好的适应市场发展。不仅如此，其发展方向已经向全球发展，如果以地理位置为主的话，通过研究表明，亚洲的复合材料制造业核心正在慢慢取代全球多个发达国家，在所有发展中国家中，这类行业发展最多的是亚洲[6]。
接着，我们返回来认真的考虑下，我国到底能够发挥是什么才能，能够屹立在这场高新科技的领域上。经过我们的研究，我们发现我们国家在材料领域有一定的实力，尤其是在复合材料领域，已经有足够与国家竞争的实力，那就是因为我国的水平已经超过国内外的平均水平。
目前，我们国家的复合材料产业正在快速发展，也即将成为复合材料制备和实际应用能力领先的国家，在2008年一年间，我们国家的复合材料的生产产能增加了12%，这么快速的发展给我们国家带来了很多的经济增长。而且，这也为我国的工作岗位提供了很大的选择空间，尤其是关于高科技技术的职位也日益增长，这说明了我们重视这些行业对我国的各方面发展都有很大的好处，无论是经济、科技还是日常生活。当然，伴随着一些新能源的产生，例如：风能，太阳能等，还有我国的航空事业的发展，这类新材料也在慢慢不断的为国家发展做贡献，很多精密仪器方面都需要更好更强的材料去胜任这方面[6]。
现在，我们可以看到的是，我国正在逐渐的称为复合材料创新发展的最快国家，如果以这样的发展速度，我国必然会成为最快发展的国家。然而，经过调查研究表明，在这方面我们还有部分的弱点，很多的缺点以及长期遗留下来的问题还有待进一步的去解决。当然，我也希望自己能够为我国在这些研究上做出贡献，同时，也希望专门研究这些材料的技术人才或者科学家能够直面这些缺点和差距，全方位考虑，为了我国的美好未来不断的创新研发，能够是这些缺点弊端慢慢解决，并且能够在这方面得到更好的发展与应用[7]。
第二章 复合材料简介
2.1复合材料基本概念
当今社会，现代人类文明的前进离不开这些新材料，他已经成为了一种象征，人类能够生存下来，克服自然和改造自然的基础离不开这方面的研究。现今国内外的社会都承认，材料科学、能源储存和信息技术的处理是现代人类文明发展的三个大支柱。从古至今，人类制造和利用不同材料已过千年，但是人类社会的社会生产力技术力在不断的进步，大部分人更需要一些又复杂功能的材料，所以这些材料在需求上大大增加，很多人看中其规模与质量。与此同时，我们在社会的缓慢发展中也在连续解决这个问题[8]。
当代社会的各方面发展更是依赖于材料的研究与发展。在技术革命刚刚开始的20世纪下半叶，高新科技技术方面发展的重点突破口就是新型材料的研发，与此同时，也在很大的程度上影响着高新产业的蓬勃发展。从特定的视角来看，在新型材料的研究发展与实际应用中，复合材料的研究进展以及其工业化生产，使得现代国民经济的发展和现代航空航天技术的飞速发展。复合材料现已成为当今世界发展中不能缺少的一部分，尤其是高新技术方面，国内外也是非常的重视这些行业的发站内。
之前，不同的性质或两种不同形态的或两种以上的材料，通过特殊的技术结合在一起，这种结合称为复合材料的合成。它不仅保持了原材料的性能优势，而且这些优点在原材料中不会出现。但在现代技术中，它包含了更广泛的含义：不仅在宏观上，而且在微观上，物质以不同形式构成或者分子结构不同的物质，还有不同化学性质的材料组成的，这些都可以被称为复合材料。复合材料独具一格，有着它自己的优越性能。它的强度，耐热性比他内部的每个组分更有优势。从他的坚硬强度、耐热性以及其它一些满足要求的特性性质来说，复合材料相比于他其中的任何一个组成部分都有优越性或者与它们都有一些不同类型的差异。对于材料方面来说，不管是在高分子物、金属或者无机非金属中，都不能够摆脱一些重要的缺点，比如，有些材料韧性强，但是本身强度弱；还有一些硬度强，但是易碎。因此，我们需要改变这些材料的单一性质，并且在改变性质的基础下能够加入更多的优越的性能。所以复合材料必须要研究开发。但是，现阶段我们研究的复合材料必须利用我们能够了解性能的材料，通过很多不同的方式结合或者组合或者镶嵌在一起，这样才能安全的稳定的得到满足我们要求的性能。通过这些技术使得很多材料结合之后，我们能够将多种优越的性能结合在一起，在实际应用中更好的利用。于是，我们对很多材料的单方面发展方向做出了改变，使得材料之间的界限不再一成不变，构成了一门综合性学科，并且这门学科是跨越于不同行业的，它以化学方面、物理方面为最基本的基础。因此，复合材料学，也同样是一门具有多个学科互相依靠的材料应用科学技术[9]。
摘要
本文从由Laplace方程出发，用等效的方法求解了带壳球形颗粒浸在基质中而形成的由三组分构成的颗粒复合材料的介电响应情况，分析了当颗粒外壳分别为具有各向异性和各向同性的介电常数时，复合材料的折射率以及消光系数与结构参数的关系。通过计算可得，各向异性参数发生改变，系统的介电性能也会改变，折射率与消光系数也会发生改变。相比于两种颗粒复合体系，当系统具有各向异性的结构时，其光学双稳特性明显，体系的折射率与消光系数也有所提高。根据分析，随着各向异性参数 比值减小，折射率与消光系数变化减小，当 ，折射率与消光系数消失。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:介电响应各向异性颗粒复合体系
目 录
第1章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2课题研究意义 2
第2章 复合材料简介 4
2.1复合材料基本概念 4
2.2复合材料研究状况 5
2.3复合材料的应用前景 5
第3章 复合材料非线性介电响应 6
3.1关于复合材料介电响应 6
3.2光学双稳特性介绍 6
3.3非线性介电常数 8
3.4折射率与消光系数 8
第4章 球形各向异性颗粒复合材料中介电响应性质的研究 10
4.1理论模型 10
4.1.1均匀介质球颗粒复合体系 10
4.1.2单壳层球形颗粒复合体系 11
4.2数值结果与讨论 12
4.3结论 23
第5章 总结与展望 25
参考文献 26
致谢 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景
本文主题来源于理论研究，目的是通过研究各向异性带壳颗粒复合体系在特定环境下的光学双稳效应，以及体系折射率和消光系数的变化的理论研究，通过演算和现象来发现其使用价值，以此来探索非线性复合材料在现代工业和现实生活中的应用与创新。
这些年以来，这些年来，由于非线性复合系统在光学信息处理和光学信息存储设备的应用潜力，因此一些材料已经吸引了相当多的研究兴趣，尤其是在材料中呈现的光学双稳效应，国内外的很多科研人员在实验和理论上都进行了很多的研究与发现，并且从中获得了一定的成果[1]。
1969年的时候，国内外的物理学家们就通过理论来预言光学双稳效应，之后，光学双稳态理论成为激光技术理论的新发展，直到1975年，才通过实验发现这个现象，光学双稳效应的发现要比发明激光的时候晚15年。就目前而言，人们对光学双稳态理论的研究已较为完善[2]。
由于光学双稳态具有非常广阔的发展前景,特别是在光开关器件，光信息存储和其他高技术方面，所以光学双稳效应、一些复合体系有关材料和光学双稳器件的研发与发现也越来越多的受到关心，对此，国内外都把重点放在如何寻找合适的双稳材料并且能够使双稳性质可以调节。现阶段，利用到光学双稳特性的一些器件可以分为不同的类型，一种是本征型，一种是混合型，再或者是其他类型，在半导体方面的具有本征特性的光学双稳器件尤其受到国内外的关注与重视。为了能够将它们在现代光信息处理、光通讯和光学计算机中应用起来，因此国内外正在研究这些器件，他们研究器件的开关功能、记忆能力、限幅功能、放大能力、振荡效果和各种各样的光学逻辑功能，并且正在通过最大的努力来探索这类器件，想以此来找到高速、低耗、小尺寸和室温运转器件[3]。
近年来，光子学(这里指光波技术)的发展迅速，许多光计算机用到的光(电)器件也已慢慢相继出现，有的甚至达到了高水平。根据报道，欧洲已成功研制世界上第一台光计算机，虽然它还是一个雏形，然而人们可以从它的身上看到光计算机的前途与光明未来。
目前，光学双稳性的基本理论已经成熟，现阶段的主要研究内容是材料的非线性光学性质，目的是为了寻找低功耗、快响应的材料，以此来获得高质量的光学双稳器件。同时，我们可以看到，我国与国际的水平还是有一定差距的，我国在非线性复合材料和光学材料的发展研究上还应紧跟世界的脚步，我们应该集中力量团结合作，开创我国的复合材料新篇章[4]。
1.2课题研究意义
现阶段，最新型的材料研究与开发是非常重要的。如果能够通过某种方式实际生产并且在现实中应用起来，那么这将产生非常大的突破，因此，这种材料的研究需要投入大量的精力。由于新型复合材料慢慢的拔地而起，在此应用领域会起到很重要的作用，并且占据重要地位，经过这样的努力发现，我们会体会到很多成就感，这些成就感来源与科技进步在各行各业中的发展，能够产生巨大的革命作用。这种变化也会使得材料行业的快速的发展，并且也会更加吸引各国科学家们转入到这样一个行业中来，会使他们投入更多的精力。同时，在我们望眼将来，我们都相信，这些复合材料技术在新兴科技领域中处于逐渐成熟起来的同时，一定继续发展下去，而且是快速的发展，还能够在此期间不断的创新和开发。经过我们调查各国大市场，我们发现，新材料行业正在不断地朝着成熟的方向发展，他们不断的比拼资深的科研能力，穷追不舍，并且在追求中找寻创新的源头，希望能够更好的适应市场发展。不仅如此，其发展方向已经向全球发展，如果以地理位置为主的话，通过研究表明，亚洲的复合材料制造业核心正在慢慢取代全球多个发达国家，在所有发展中国家中，这类行业发展最多的是亚洲[6]。
接着，我们返回来认真的考虑下，我国到底能够发挥是什么才能，能够屹立在这场高新科技的领域上。经过我们的研究，我们发现我们国家在材料领域有一定的实力，尤其是在复合材料领域，已经有足够与国家竞争的实力，那就是因为我国的水平已经超过国内外的平均水平。
目前，我们国家的复合材料产业正在快速发展，也即将成为复合材料制备和实际应用能力领先的国家，在2008年一年间，我们国家的复合材料的生产产能增加了12%，这么快速的发展给我们国家带来了很多的经济增长。而且，这也为我国的工作岗位提供了很大的选择空间，尤其是关于高科技技术的职位也日益增长，这说明了我们重视这些行业对我国的各方面发展都有很大的好处，无论是经济、科技还是日常生活。当然，伴随着一些新能源的产生，例如：风能，太阳能等，还有我国的航空事业的发展，这类新材料也在慢慢不断的为国家发展做贡献，很多精密仪器方面都需要更好更强的材料去胜任这方面[6]。
现在，我们可以看到的是，我国正在逐渐的称为复合材料创新发展的最快国家，如果以这样的发展速度，我国必然会成为最快发展的国家。然而，经过调查研究表明，在这方面我们还有部分的弱点，很多的缺点以及长期遗留下来的问题还有待进一步的去解决。当然，我也希望自己能够为我国在这些研究上做出贡献，同时，也希望专门研究这些材料的技术人才或者科学家能够直面这些缺点和差距，全方位考虑，为了我国的美好未来不断的创新研发，能够是这些缺点弊端慢慢解决，并且能够在这方面得到更好的发展与应用[7]。
第二章 复合材料简介
2.1复合材料基本概念
当今社会，现代人类文明的前进离不开这些新材料，他已经成为了一种象征，人类能够生存下来，克服自然和改造自然的基础离不开这方面的研究。现今国内外的社会都承认，材料科学、能源储存和信息技术的处理是现代人类文明发展的三个大支柱。从古至今，人类制造和利用不同材料已过千年，但是人类社会的社会生产力技术力在不断的进步，大部分人更需要一些又复杂功能的材料，所以这些材料在需求上大大增加，很多人看中其规模与质量。与此同时，我们在社会的缓慢发展中也在连续解决这个问题[8]。
当代社会的各方面发展更是依赖于材料的研究与发展。在技术革命刚刚开始的20世纪下半叶，高新科技技术方面发展的重点突破口就是新型材料的研发，与此同时，也在很大的程度上影响着高新产业的蓬勃发展。从特定的视角来看，在新型材料的研究发展与实际应用中，复合材料的研究进展以及其工业化生产，使得现代国民经济的发展和现代航空航天技术的飞速发展。复合材料现已成为当今世界发展中不能缺少的一部分，尤其是高新技术方面，国内外也是非常的重视这些行业的发站内。
之前，不同的性质或两种不同形态的或两种以上的材料，通过特殊的技术结合在一起，这种结合称为复合材料的合成。它不仅保持了原材料的性能优势，而且这些优点在原材料中不会出现。但在现代技术中，它包含了更广泛的含义：不仅在宏观上，而且在微观上，物质以不同形式构成或者分子结构不同的物质，还有不同化学性质的材料组成的，这些都可以被称为复合材料。复合材料独具一格，有着它自己的优越性能。它的强度，耐热性比他内部的每个组分更有优势。从他的坚硬强度、耐热性以及其它一些满足要求的特性性质来说，复合材料相比于他其中的任何一个组成部分都有优越性或者与它们都有一些不同类型的差异。对于材料方面来说，不管是在高分子物、金属或者无机非金属中，都不能够摆脱一些重要的缺点，比如，有些材料韧性强，但是本身强度弱；还有一些硬度强，但是易碎。因此，我们需要改变这些材料的单一性质，并且在改变性质的基础下能够加入更多的优越的性能。所以复合材料必须要研究开发。但是，现阶段我们研究的复合材料必须利用我们能够了解性能的材料，通过很多不同的方式结合或者组合或者镶嵌在一起，这样才能安全的稳定的得到满足我们要求的性能。通过这些技术使得很多材料结合之后，我们能够将多种优越的性能结合在一起，在实际应用中更好的利用。于是，我们对很多材料的单方面发展方向做出了改变，使得材料之间的界限不再一成不变，构成了一门综合性学科，并且这门学科是跨越于不同行业的，它以化学方面、物理方面为最基本的基础。因此，复合材料学，也同样是一门具有多个学科互相依靠的材料应用科学技术[9]。
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